三廂改兩廂的車身設(shè)計(jì)

周世一　方傳運(yùn)　劉勇

摘 要：隨著現(xiàn)代汽車業(yè)的發(fā)展，大眾對汽車節(jié)能，環(huán)保，智能的要求越來越強(qiáng)烈。兩廂車相對與三廂車，具有尺寸小，節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，越來越被中國駕駛者接受和喜歡。同時(shí)汽車廠家出于成本，設(shè)計(jì)周期的考慮，越來越多的三廂改兩廂車身設(shè)計(jì)被廠家所需要。本文總結(jié)了汽車三廂改兩廂的車身骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并重點(diǎn)介紹了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：汽車；三廂改兩廂；車身設(shè)計(jì)

1 相關(guān)概念和提出

三廂車

三廂車有著分工十分明確的三個(gè)艙：發(fā)動(dòng)機(jī)艙、乘員艙和行李艙，相互獨(dú)立。

兩廂車

兩廂車的前部與三廂車沒有區(qū)別，不同之處在于這種汽車將乘員艙近似等高度向后延伸，把后行李艙和乘員艙合為一體，使其減少為發(fā)動(dòng)機(jī)艙和乘員艙兩“廂”，見圖1。

考慮到駕駛者越來越接受兩廂車，同時(shí)兼顧三廂車改兩廂車具有周期短，成本低的設(shè)計(jì)，研發(fā)優(yōu)點(diǎn)，所以汽車公司迫切需要三廂改兩廂的車身設(shè)計(jì)，這樣可以豐富汽車制造商產(chǎn)品線，擴(kuò)大其銷量。

2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

三廂改兩廂設(shè)計(jì)應(yīng)繼承原車的最大優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)盡量沿用老件，少開發(fā)新件。對車身而言，前艙，發(fā)蓋，側(cè)門完全沿用，側(cè)圍與門配合區(qū)域完全不做更改，需要更改的是側(cè)圍，頂蓋和底板的后部，這樣可以確保更快更好設(shè)計(jì)出一款兩廂新車型。

2.1 相關(guān)準(zhǔn)備

任何車型開發(fā)之前，必須明確相關(guān)的競爭車型，這樣設(shè)計(jì)才會有的放矢。另外要準(zhǔn)備相關(guān)的數(shù)據(jù)，截面，這樣設(shè)計(jì)出的數(shù)據(jù)才能可靠有效。設(shè)計(jì)要出于性能，成本等綜合考慮，這樣才是好的設(shè)計(jì)。

2.2 頂蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

兩廂車偏向運(yùn)動(dòng)型，頂蓋更具流線型，與原三廂車的頂蓋相比，尺寸（面積）增大。因頂蓋向后延伸，原三廂車最后一頂橫梁的位置需要后移，這樣擴(kuò)大了最后兩橫梁的間距。因此，如果沿用原頂蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或材料，可能出現(xiàn)頂蓋偏軟，影響整車NVH性能。可以通過以下方法進(jìn)行改善：

1.在頂蓋內(nèi)側(cè)貼增強(qiáng)膠墊或?yàn)r青板，提高頂蓋的剛度。

2.增加頂橫梁，減小因后頂橫梁后移造成的間距偏大。

下圖是三廂車和兩廂車頂蓋橫梁對比，見圖2：

新增橫梁對側(cè)碰也是有好處的，經(jīng)CAE分析對車身側(cè)碰性能提升6%。

2.3 側(cè)圍的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

三廂改款成兩廂時(shí)，側(cè)門沿用三廂車的可不做變化，側(cè)圍在C柱以前的造型保持不變。因此，只需要從C柱處改變原三廂車的造型。可以大大節(jié)省開發(fā)時(shí)間。

2.3.1 涉及更改的零件

造型確定后，側(cè)圍輪廓也就基本定下來了，接下來要對變化的部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，涉及更改的零部件主要有：

A.側(cè)圍外板

B.頂蓋外板

C.流水槽

D.輪罩

其中側(cè)圍外板是尺寸最大的一個(gè)件，開發(fā)費(fèi)用最高周期也最長，當(dāng)造型確定后，不要輕易改動(dòng)。由于后背門的鉸鏈要布置在后頂橫梁上，因此要加強(qiáng)后頂橫梁及其接頭的剛度。

2.3.2 設(shè)計(jì)原則（基準(zhǔn)）

A.典型截面：前期布置可行性分析，工藝校核，整車強(qiáng)度剛度分析，是整車開發(fā)不可缺少的第一步。

B.Opening-line：滿足后背門的密封和鉸鏈軸線布置要求。同時(shí)需要考慮在門開啟過程中與氣彈簧有無干涉，流水槽處鈑金設(shè)計(jì)依據(jù)此線。

C.我們在設(shè)計(jì)在內(nèi)板和加強(qiáng)板都需要參考側(cè)圍設(shè)計(jì)需要滿足以下幾點(diǎn)要求：

a.強(qiáng)度和剛度要求，保證碰撞安全；

b.側(cè)圍接頭滿足設(shè)定的扭轉(zhuǎn)和彎曲剛度；

c.外觀要求，同時(shí)滿足造型和工藝要求；

d.承載作用，布置相關(guān)支架、加強(qiáng)板，滿足附件、電器件的固定安裝要求。

2.4 底板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.4.1 總體原則

處于經(jīng)濟(jì)性考慮，底板總成的前底板總成是不更改的，同時(shí)考慮到座椅不更改，相關(guān)底板安裝點(diǎn)都無需更改。因車身的長度的減短，主要要考慮后碰的可靠以及剛度。

2.4.2 后碰

由于下部車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)跟造型相關(guān)的因素比較少，因此所有新設(shè)計(jì)的零部件都是基于三廂車零部件考慮的。

兩廂車車身相對三廂車車身短了60mm左右，減少的長度平均分布在后縱梁和后保橫梁吸能盒上。車身整體縮短60mm對后碰有較大影響。因此下部車身被動(dòng)安全方面需要做的工作主要就是保證更改后的后碰效果。其他零部件的設(shè)計(jì)結(jié)合兩廂車的造型和三廂車的零部件變化而來。

下圖是兩種車型結(jié)構(gòu)比較，見圖3：

相關(guān)設(shè)計(jì)工作主要更改了以下幾點(diǎn)：

A.法規(guī)要求，低速碰撞后，后保可拆卸，車身無需修理，減小后圍總成（與后保相關(guān)處）封閉截面面積，后圍外板與后保的間隙由10mm變?yōu)?5mm，減小碰撞損壞后圍外板的可能性。

B.考慮到車身長度減短，為了加強(qiáng)后碰效果，后圍總成（與后保無關(guān)處）封閉截面面積應(yīng)該適當(dāng)增大。

C.適當(dāng)增加加強(qiáng)板和改變沿用件結(jié)構(gòu)，保證后碰中充分吸能，達(dá)到良好的后碰效果。

2.4.3 剛度

兩廂車型沒有衣帽架總成，對整車的剛度和模態(tài)有一定的影響，所以要通過加強(qiáng)每個(gè)新件本身的強(qiáng)度和剛度來彌補(bǔ)這個(gè)缺陷，在CAE的分析協(xié)助下，必要時(shí)候還需要增加了全新件來增加側(cè)向剛度。

3 結(jié)論

在整個(gè)三廂改兩廂車設(shè)計(jì)中，沿用原三廂車鈑金車身件299件，新開發(fā)鈑金件90件，沿用率約為75%，整個(gè)車身的可靠性大大提高，相關(guān)試驗(yàn)的費(fèi)用大概減少了50%。三廂改兩廂車設(shè)計(jì)是一個(gè)非常繁雜的過程，但成功的設(shè)計(jì)可使我們積累大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，掌握許多先進(jìn)技術(shù)和設(shè)計(jì)方法。三廂改兩廂車與全新車型設(shè)計(jì)相比可為公司節(jié)約大量資金，極大降低了開發(fā)成本，使產(chǎn)品投入市場后更具競爭力。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭竹亭主編. 汽車車身設(shè)計(jì)（上）長春：吉林科學(xué)技術(shù)出版社.

[2]王萱，李宏光，趙航等. 現(xiàn)代汽車安全. 北京：人民交通出版社.